Android ble开发详解
前段时间，项目要接入一个ble硬件，以前也没接触过ble开发，在查阅不少资料和踩了不少坑才完成任务，因此打算写一个简单的ble开发步骤，希望能帮助到初次接触ble开发的同学。
BLE相关术语简介
GATT：GATT 的全名是 Generic Attribute Profile（姑且翻译成：普通属性协议），它定义两个 BLE 设备通过叫做 Service 和 Characteristic 的东西进行通信。
Profile：Profile 并不是实际存在于 BLE 外设上的，它只是一个被 Bluetooth SIG 或者外设设计者预先定义的 Service 的集合。
Service：Service 是把数据分成一个个的独立逻辑项，它包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。 UUID 有 16 bit 的，或者 128 bit 的。16 bit 的 UUID 是官方通过认证的，需要花钱购买，128 bit 是自定义的，这个就可以自己随便设置。
Characteristic：在 GATT 事务中的最低界别的是 Characteristic，Characteristic 是最小的逻辑数据单元，与 Service 类似，每个 Characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 UUID 唯一标识。在 Android 开发中，建立蓝牙连接后，通过蓝牙发送数据给外围设备就是往这些 Characteristic 中的 Value 字段写入数据；外围设备发送数据给手机就是监听这些 Charateristic 中的 Value 字段有没有变化，如果发生了变化，手机的 BLE API 就会收到一个监听的回调。
下面是一张来自官网的结构图
更多关于BLE GATT介绍可查看以下链接
BLE GATT介绍
GATT PROFILE 介绍
Android BLE开发相关API介绍
BluetoothAdapter
BluetoothAdapter 拥有基本的蓝牙操作，例如开启蓝牙扫描，使用已知的 MAC 地址 （BluetoothAdapter#getRemoteDevice）实例化一个 BluetoothDevice 用于连接蓝牙设备的操作等等。
BluetoothDevice
代表一个远程蓝牙设备。这个类可以连接所代表的蓝牙设备或者获取一些有关它的信息，例如它的名字，地址和绑定状态等等。
BluetoothGatt
这个类提供了 Bluetooth GATT 的基本功能。例如重新连接蓝牙设备，发现蓝牙设备的 Service 、读写ble设备等等。
BluetoothGattService
对应前文所介绍的Service，通过 BluetoothGatt.getService 获得,通过这个类的 getCharacteristic(UUID uuid) 进一步获取 Characteristic 实现蓝牙数据的双向传输。
BluetoothGattCharacteristic
对应前文提到的 Characteristic。对ble设备的读写主要通过这个类来完成，也是我们主要打交道的类。
BLE设备接入开发
权限
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/> 连接设备
//先去获取BluetoothAdapter
private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
//检查手机蓝牙开关、是否支持ble
private void checkBluetooth() {
//是否支持蓝牙功能
if (mBluetoothAdapter == null) {
return;
}
//是否支持BLE
if (!mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
Toast.makeText(mContext, "不支持BLE功能", Toast.LENGTH_SHORT).show();
return;
}
//是否打开蓝牙开关
if (!mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
Toast.makeText(mContext, "请打开蓝牙开关", Toast.LENGTH_SHORT).show();
return;
}
//搜索设备
scanBleDevice(true);
} /**
* 搜索ble设备
* @param enable 开始搜索或停止搜索
*/
private void scanBleDevice(final boolean enable) {
if (enable) {
//开始搜索设备，搜索到设备会执行回调接口mLeScanCallback
mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
isScanning = true;
//搜索设备十分耗电，应该避免长时间搜索，这里设置10s超时停止搜索
mHandler.postDelayed(new Runnable() {
@Override
public void run() {
scanBleDevice(false);
Toast.makeText(mContext, "搜索超时，请重试", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}, 10 * 1000);
} else {
mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
isScanning = false;
}
}
/**
* 设备搜索回调
*/
private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
@Override
public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
//回调不是在ui线程中执行的，但是ble设备的连接、断开最好在ui线程中执行，否则可能会出现些奇奇怪怪的问题
((Activity)mContext).runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//判断设备是否是我们要找的
if (!TextUtils.isEmpty(device.getName()) && device.getName().equals(
"AP-002")) {
//找到设备后停止搜索，并取消开始搜索时设置的超时取消搜索
mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
if (isScanning) {
//开始连接设备
connect(device.getAddress());
isScanning = false;
}
}
}
});
}
}; //连接设备
private boolean connect(final String address) {
if (mBluetoothAdapter == null || TextUtils.isEmpty(address)) {
Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized or unspecified address.");
return false;
}
//获取设备
final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);
if (device == null) {
Log.d(TAG, "Device not found. Unable to connect.");
return false;
}
//连接设备，连接成功或失败都会执行回调mGattCallback的
//onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState)方法
//mGattCallback是mBluetoothGatt操作的回调
//包括读、写、连接、断开等操作，是与ble设备通信十分重要的一部分
mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, false, mGattCallback);
Log.d(TAG, "Trying to create a new connection.");
return true;
}BluetoothGattCallback 有很多回调方法，我们只重写几个常用的方法
// **回调接口是在非ui线程回调**
private BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
//设备发送数据回调，由于ble设备可能有有多个characteristic
//用于发送数据，这里进行比较，确认是否是我们想要的
if (characteristic.equals(mReceiveCharac)) {
//提取设备发送的数据
Log.d(TAG, "接收到设备发送的数据："+characteristic.getValue());
}
}
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
super.onServicesDiscovered(gatt, status);
//mBluetoothGatt.DiscoverServices()的回调
Log.d(TAG, "discovery service successfully");
//以列表形式返回List mGattServices;
mGattServices = gatt.getServices();
//筛选保存我们需要的characteristic和service
displayGattServices(mGattServices);
}
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
//手机往ble设备写数据回调
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && characteristic.equals(mWriteCharac)) {
//写入的数据可以通过characteristic.getValue()获取，用于确认是否是之前写入的数据
//这里以一个关机命令为例
if (characteristic.getValue().equals(shutDownCommand)) {
mBluetoothGatt.disconnect();
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
Log.d(TAG, "写入关机命令成功");
}
}
}
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
//读设备回调，这里以读取设备电池状态为例
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && characteristic.equals(mBatteryCharac)) {
characteristic.getValue();
}
}
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
//连接状态回调
//连接或断开连接操作是否成功
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
//连接操作成功，获取service列表
gatt.discoverServices();
} else {
//断开连接操作成功
Log.d(TAG, "断开连接成功");
Toast.makeText(mContext, "设备已断开", Toast.LENGTH_SHORT).show();
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
return;
}
} else {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED ) {
//连接失败，重连
//这里之所以连接失败还要先断开再重连
//是因为不知为何，有时连接成功后，系统又回调到这里
//如果不断开连接再重连的话会出问题
mBluetoothGatt.disconnect();
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
mHandler.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
reconnectDevice();
}
});
Log.d(TAG, "连接失败重连");
}
}
}
};//重连设备
public void reconnectDevice() {
if (mBluetoothGatt == null) {
checkBluetooth();
Toast.makeText(mContext, "开始搜索连接设备", Toast.LENGTH_SHORT).show();
} else {
Toast.makeText(mContext, "设备已连接", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}/**
* 遍历设备所有service和characteristic
* 一般我们再开发接入ble设备时，硬件那边会给出ble设备文档
* 根据文档所说的service、characteristic的uuid进行读写操作
* 保存所需characteristic
* 设置用于接收设备数据的characteristic notification属性
* @param gattServices
*/
private void displayGattServices(List gattServices) {
Log.d(TAG, Thread.currentThread()+""+"display service and characteristics");
if (gattServices == null) {
return;
}
for (BluetoothGattService gattService : gattServices) { // 遍历出gattServices里面的所有服务
//比较service的uuid，只取所需的service
if (gattService.getUuid().equals(UUID.fromString(BATTERY_SERVICE_UUID))
|| gattService.getUuid().equals(UUID.fromString(PRIVATE_SERVICE_UUID))) {
List gattCharacteristics =
gattService.getCharacteristics();
Log.d(TAG, "service uuid: " + gattService.getUuid());
for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics) { //
// 遍历每条服务里的所有Characteristic,保存所需Characteristics
Log.d(TAG, "characteristics uuid: " + gattCharacteristic.getUuid());
if (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(
BATTERY_CHARACTERISTICS_UUID)) {
//读数据characteristic，这里以电池characteristic为例
mBatteryCharac = gattCharacteristic;
} else if (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(
RECEIVE_CHARACTERISTICS_UUID)) {
//接收数据characteristic
mReceiveCharac = gattCharacteristic;
//设置notification通知，按键回调在onCharacteristicChanged
//以下代码一定不能少，否则将无法接收到设备发送的数据
boolean isEnableNotification = mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(
mReceiveCharac, true);
if (isEnableNotification) {
List descriptorList =
mReadKeypressCharac.getDescriptors();
if (descriptorList != null && descriptorList.size() > 0) {
for (BluetoothGattDescriptor descriptor : descriptorList) {
descriptor.setValue(
BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
}
}
}
} else if (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(
WRITE_DATA_UUID)) {
//写数据characteristic
mWriteCharac = gattCharacteristic;
}
}
}
}
}
断开连接
/**
* 断开连接,回调mGattCallback
*
*/
public void disconnectDevice() {
if (mBluetoothGatt != null) {
mBluetoothGatt.disconnect();
}
}数据读、写、接收
对设备的读、写、接收都会在mGattCallback中回调
硬件工程师在开发ble设备时，会设置不同的characteristic，并设置其读、写、通知等属性，只有具有这些属性，才可以对characteristic进行相应的读写等操作。
这里说明下，读数据和接收数据是不一样的，读数据需要我们主动操作，通过BluetoothGatt#readCharacteristic()，发起读操作，然后在回调方法里接收数据；而接收数据是ble设备主动发送数据，系统的BLE框架会回调onCharacteristicChanged()，我们只需在这个方法里提取数据即可。
当我们要接入ble设备时，要根据ble设备的文档，对指定characteristic进行指定读、写、接收等操作，才能实现正确的通信。
**注意：characteristic的读、写操作都是串行的，也就是说，只有前一个读写操作回调成功后才会执行下一个操作，
若是在上一个读写操作还没回调便进行下一个操作，那么这个操作会被ble设备抛弃掉。**
读数据
/**这里以本人手头上ble设备读取电池状态为例
*不同的characteristic作用不同，要根据硬件接入文档，
*选择正确的characteristic进行操作
* 获取电池状态
*/
private void getBatteryInfo() {
if (mBluetoothGatt != null && mBatteryCharac != null) {
mBluetoothGatt.readCharacteristic(mBatteryCharac);
Log.d(TAG, "读取电量");
}
}接着在回调方法里取出数据
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
//读设备回调，这里以读取设备电池状态为例
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && characteristic.equals(mBatteryCharac)) {
//取出数据
characteristic.getValue();
}
}写数据
在通过指定characteristic向ble设备写入数据时，一次性只能写入20字节的数据，当需要写入的数据超过20字节时就要分次写入。
一般，ble设备会要求我们写入一些固定的数据，来作为ble识别的命令
这里，以一个让ble关机的命令为例
//关闭设备命令，20字节
private byte[] shutDownCommand = new byte[]{0x21, 0x10, 0x26, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, (byte) 0xFF};
/**
* 写入关闭设备命令
*/
public void shutdownDevice() {
if (mBluetoothGatt != null && mWriteDataCharac != null) {
Log.d(TAG, "关闭设备");
mWriteCharac.setValue(shutDownCommand);
mWriteCharac.setWriteType(BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE);
mBluetoothGatt.writeCharacteristic(mWriteDataCharac);
}
} 接着回调
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
//写入命令成功，且characteristic是我们所写入的characteristic
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && characteristic.equals(mWriteCharac)) {
//写入的数据可以通过characteristic.getValue()获取，用于确认是否是之前写入的数据
if (characteristic.getValue().equals(shutDownCommand)) {
mBluetoothGatt.disconnect();
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
Log.d(TAG, "写入关机命令成功");
}
}
}接收数据
对于接收ble设备数据，手机是被动接收的。也就是说，当设备通过指定characteristic发送数据时，系统会回调BlutoothGatt#onCharacteristicChanged()，在这个回调方法里通过characteristic.getValue()来获取设备发送的数据。但是，能够接收到数据的前提是对characteristic设置通知属性，前面在筛选保存service和characteristic时候，我们进行这么一个操作
f (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(RECEIVE_CHARACTERISTICS_UUID)) {
//接收数据的characteristic
mReceiveCharac = gattCharacteristic;
//设置notification通知属性，按键回调在onCharacteristicChanged
//以下代码一定不能少，否则将无法接收到设备发送的数据
boolean isEnableNotification = mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(
mReceiveCharac, true);
if (isEnableNotification) {
List descriptorList =
mReadKeypressCharac.getDescriptors();
if (descriptorList != null && descriptorList.size() > 0) {
for (BluetoothGattDescriptor descriptor : descriptorList) {
descriptor.setValue(
BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
}
}
}
} 对设备要发送数据的characteristic设置notification属性，并对该characteristic下的descriptor设置BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE。这样，才能够成功回调onCharacteristicChanged()方法并接收数据
下面以接收ble设备按键按下时发送数据为例
//对于接收数据，我们无需做什么操作，只需要这回调方法里获取数据即可
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
//设备发送数据回调，由于ble设备可能有有多个characteristic
//用于发送数据，这里进行比较，确认是否是我们想要的
if (characteristic.equals(mReceiveCharac)) {
//提取设备发送的数据
Log.d(TAG, "接收到设备发送的数据："+characteristic.getValue());
}
}总结
以上便是ble设备接入的基本流程和读写接收等操作，一些容易踩到的坑和重点在注释中已经写地很罗嗦，有不明白的可以在文章下留言，一起探讨，希望这篇文章能对大家有所帮助。